【신차종 메커니즘/VGT시스템】
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【신차종 메커니즘/VGT시스템】
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  • 승인 2003.02.01 17:33
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현대자동차는 최근 인기를 끌고 있는 직접연료분사방식의 기존 커먼레일 디젤엔진(CRDi)에서 출력이 크게 향상된 친환경적인 최첨단 VGT(Variable Geometry Turbocharger) 디젤엔진을 얹은 싼타페와 트라제XG를 개발, 지난해 12월 10일부터 시판에 들어갔다.

최첨단 VGT 디젤엔진은 국내최초로 전자식 가변용량 터보차저를 적용한 엔진으로 개발기간은 약 3년이 소요되었다. 이 엔진은 터보차저를 통과하는 배기가스의 양과 유속을 정밀하게 제어 해 저속 및 고속 전구간에서 최적의 동력성능을 발휘할 수 있어 출력과 가속성능, 연비가 향상됐고 유해가스 배출량도 줄어든 것이 특징이다.

VGT 디젤엔진은 유체가 흐르는 통로입구를 좁게 해 유속을 빠르게 함으로써 강한 힘을 발생시키는 것과 같은 원리를 이용한 것으로 전자제어를 통해 배기가스가 적게 배출되는 저속구간에서는 터보챠저로 유입되는 배기유로를 축소, 흐름을 빠르게 함으로써 터빈의 구동력을 높여 가속성능을 향상시키고 배기가스가 많이 배출되는 고속구간에서는 배기유로를 넓혀 많은 양의 배기가스로 터빈의 구동력을 높여 줌으로써 출력을 대폭 향상시켰다.

최고출력은 126마력으로 기존 커먼레일 엔진 대비 11마력이 높아졌고 최대토크도 29.5kgm로 3kgm가 향상되었다.

흡기장치의 변천사

우선 가변용량제어 터보차저에 대해 알아보기 이전에 흡기장치가 어떤 발전가정을 거쳐 왔는지 알아본다면 좀 더 쉽게 VGT를 이해하실 수 있을 것이다.

가장 먼저 자연 흡입방식의 흡기장치인데 일명 NA라고도 한다. 아마도 독자들이 가장 많이 접했을 거라 생각된다.

그 다음으로 흡기장치에 터보차저가 등장하면서 배기가스를 이용, 흡입공기량을 추가적으로 공급하게 된다. 일반적으로 엔진출력이 NA 대비 약 10% 정도 향상되었다.

그리고 터보차저를 후속이 바로 터보차저 인터쿨러이다. 이것은 터보차저에서 나오는 더운 공기를 인터쿨러를 통해 흡입공기의 온도를 낮춰 공급하게 만들어 주는 장치로 이것 또한 터보차저 대비 약 10% 이상의 엔진출력 향상 효과가 있다.

<그림 1> 터보차저

엔진실린더 압축공기경로 오일입구 터빈휠 흡입공기입구 컴프레서휠 배기가스출구 바이패스밸브 오일출구 엔진배기가스경로

<그림 2> 터보차저 인터쿨러

엔진실린더 인터쿨러 압축공기경로 오일입구 터빈휠 흡입공기입구 컴프레서휠 오일출구 배기가스출구 바이패스밸브 엔진배기가스경로

VGT는 터보차저 인터쿨러 대비 약 10% 이상의 엔진출력 향상 효과가 있다.

<그림 3>

인터쿨러 AFS 에어크리너 수온센서 크랭크포지션센서 EGR밸브 EGR솔레노이드밸브 VGT솔레노이드밸브 소음기

VGT 효과

VGT시스템의 엔진출력 부분을 보면 일반 터보차저와 비교해 VGT는 최대출력이 약 10% 향상된 것을 알 수 있고 최대토크는 약 14% 향상된 것을 알 수 있다. 연료소비율은 일반 시내주행 구간에서 약 8% 정도 연비 향상 효과가 있다. 이외에도 배출가스 저감의 효과도 있다.

VGT 작동원리 및 구조

1. 작동원리

일반 터보차저의 경우 배출가스량이 적고 유속이 느린 저속구간에서는 효과를 발휘할 수가 없다. VGT는 저속구간에서 배출가스의 통로를 좁힘으로써 배출가스 속도를 빠르게 해 터빈을 빠르고 힘 있게 구동시키게 된다.

이것은 벤츄리의 원리를 이용한 것인데 이는 벤추리관으로 공기가 흐른다고 할 때 면적이 작아지는 A지점에서는 속도는 빨라진다. 이러한 상태에서 벤추리관의 내경을 더 좁히면 속도는 점점 커진다는 원리이다.

<그림 4> 벤추리관

고속구간의 경우를 살펴보면 배기가스의 양이 많이 나오게 되며 그 배출가스는 많은


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